Makromolekulare Eigenschaften extrazellulärer polymerer Kohlenhydrate von ausgewählten Milchsäurebakterien

Publikation: Hochschulschrift/AbschlussarbeitDissertation

Abstract

Bakterielle Exopolysaccharide (EPS) tragen bei in situ-Bildung durch die Immobilisierung von Wasser maßgeblich zur Erhöhung der Viskosität fermentierter Milchprodukte bei. Die Wirkung ist grundsätzlich mit der kommerzieller Hydrokolloide auf pflanzlicher oder Algenbasis vergleichbar, wird jedoch auf Grund der komplexen Wechselwirkungen mit der Lebensmittelmatrix noch immer kontrovers diskutiert. Ziel der Arbeit war es, nach Kultivierung ausgewählter Milchsäurebakterien EPS in entsprechenden Mengen zu isolieren, um die makromolekularen Eigenschaften zu analysieren und in Beziehung zur chemischen Struktur und Funktionalität zu setzen.
Zunächst konnte die in situ-EPS-Bildung durch Batch-Kultivierungen von Milchsäurebakterien im Bioreaktor derart gesteigert werden, dass eine anschließende Isolierung verschiedener EPS-Fraktionen mit einer Reinheit von bis zu 89% (Hetero-EPS) bzw. 99% (Dextrane) möglich wurde. Dies ermöglichte die erstmalige Beschreibung oder Bestätigung der chemischen Strukturen aller ausgewählten EPS. Der Verzweigungsgrad der Dextrane war über Temperatur und pH während der mikrobiellen Synthese steuerbar. Die Einzelschritte der Isolierung wurden außerdem so angepasst, dass makromolekulare Eigenschaften der EPS wie Molekülmasse oder intrinsische Viskosität durch die Isolierung nicht beeinflusst wurden.
Die umfassende Untersuchung der makromolekularen Eigenschaften der EPS in wässriger Lösung bildete die Basis für die Erklärung ihrer phänomenologischen Eigenschaften und Funktionalität in fermentierten Produkten. Es zeigte sich, dass fadenziehende EPS höhere intrinsische Viskositäten als nichtfadenziehende EPS aufwiesen. Die intrinsische Viskosität war weiterhin vom Isolierungsverfahren und damit von der Isolatreinheit unabhängig. Durch die damit verbundenen Zeit- und Kosteneinsparungen während der Isolierung eröffnet dies die Möglichkeit, mikrobielle EPS ökonomisch sinnvoll einzusetzen.
Durch Scherbehandlung wässriger EPS-Lösungen wurde, unabhängig vom Schersystem, ein linearer Zusammenhang zwischen Viskosität und Molekülmasse nachgewiesen und so das Potential zur gezielten Modifizierung von EPS aufgezeigt. Kinetische Untersuchungen mit ultraschallbehandelten EPS-Lösungen ermöglichten eine Bewertung der Scherempfindlichkeit, die im Einklang mit Untersuchungen zur thermischen und chemischen Belastung von EPS stand.
Zur Beurteilung der Funktionalität wurden EPS-Isolate zu rekonstituierter Magermilch vor chemischer Säuerung mit Glucono-δ-lacton zugesetzt. Die resultierende Festigkeit der Modellmilchgele korrelierte mit der absoluten EPS-Konzentration und war somit unabhängig von der Isolatreinheit. Gescherte EPS besaßen eine geringere Molekülmasse und intrinsische Viskosität, was zu geringeren Gelfestigkeiten führte.
Die in der Literatur bisher wenig untersuchten kapsulären, zellgebundenen EPS
konnten mittels Rasterelektronenmikroskopie visualisiert und ihr Effekt auf die Eigenschaften der Zelloberfläche analysiert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse zeigten, dass kapsuläre EPS die Hydrophobizität der Zelloberfläche verringern sowie die Wasserbindung und Gelfestigkeit bei Zusatz zu Modellmilchgelen im Vergleich zu Zellen ohne kapsuläre EPS erhöhen.

Details

OriginalspracheDeutsch
Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde)16 Nov. 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021
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